2025년 3월17일 오후 1시 5분경 경기도 양주시 육군 항공부대 비행장에서 지상으로 착륙하던 드론(drone)이 계류된 수리온(KUHC-1) 군용 헬기와 충돌했다.사고를 낸 드론은 이스라엘산 헤론(Heron)이며 지상에 착륙한 후 이동하는 과정에서 부딪혔다. 북한군의 위성항법장치(GPS) 교란일 가능성이 제기됐지만 조사결과 사실이 아닌 것으로 드러났다.군사용 드론은 정찰, 공격, 수송, 미끼 등 다양한 용도로 활용되지만 헬기나 전투기와 같은 유인기에 비해 조종 오류가 발생할 가능성이 높다. 일반 군사용 드론보다 더 큰 군사용 도심항공교통(UAM/AAM)의 운용 방안, 자율비행에 대한 이슈를 살펴보자. ◇ UATM의 핵심인 CNSi(Communication, Navigation, Surveillance, information)UAM/AAM은 드론에게 허용되는 150미터(m)보다 높은 300m~600m 고도 회랑에서 비행을 하는 신개념 운항체계로서 UATM(UAM Air Traffic Management) 체계를 사용하도록 설계됐다. UATM은 UAM 항공교통관리로 번역할 수 있다.UATM은 기존 전 공역에 해당하는 항공 관리체계인 ATM(Air Traffic Management)과 무인항공기(UAS) 관리체계인 UTM(Unmanned Aircraft Ayatem Traffic Management) 체계 사이에서 항공교통을 관리하고 공역상황을 감시 및 관리한다.▲ FAA’s UTM ConOps (v 2.0) Describes an Unmanned Airspace Ecosystem[출처=Reliable, Secure, and Scalable Communications, Navigation, and Surveillance (CNS) Options for Urban Air Mobility (UAM)]대도시의 혼잡한 교통문제를 위해 세계 각국이 UAM/AAM의 상용화를 서두르고 있지만 기술개발은 더디기만 하다. 중국 최대 UAM/AAM 개발업체인 이항(Ehang)마저도 중국민간항공국(CAAC)으로부터 형식승인을 받지 못했다.특히 이항은 2022년까지 형식승인을 받아 본격적인 유인 운송 서비스를 시작한다고 공언했지만 공염불에 그쳤다. CAAC는 ‘에어택시 감항지침’을 발행해 감항표준을 충족한 기체에 대해 감항인증서 발급할 방침이다.기술개발이 더뎌 아직 상용화 준비가 부족한 UAM/AAM의 운항을 관리할 UATM 체계는 완전한 연계 실증과 승인이 이뤄지지 않았다. 중국 뿐 아니라 미국과 유럽연합(EU)에서도 상황은 비슷하다.미국 항공우주국(NASA)은 2019년 4월 UAM 운항을 위한 개념서인 '도시항공교통 지휘 및 통신을 위한 운영 개념(Concept of Operations for Urban Air Mobility Command and Control Communications)'을 발표했다.또한 2020년 8월 VTOL UAM/AAM에 적용하기 위해 'UAM을 위한 신뢰하고 안전하며 확장가능한 통신, 운항, 정찰 선택(Reliable, Secure, and Scalable Communications, Navigation, and Surveillance(CNS) Options for Urban Air Mobility(UAM)'을 공개했다.도시 환경에서 저고도로 운행하는 UAM/AAM은 건물, 교량, 타워 및 구조물로 CNS(통신·항법·감시)에 제약을 받게 된다.각종 구조물은 지상 관제소가 UAM/AAM과 통신하기 위한 신호를 차단한다. 또한 UAM/AAM이 복합한 구조물을 회피하는 항법에 사용할 글로벌항법위성시스템(GNSS) 신호의 수신을 어렵게 만든다.▲ Communication Functions for UAM Operation[출처=Reliable, Secure, and Scalable Communications, Navigation, and Surveillance (CNS) Options for Urban Air Mobility (UAM)]초고주파(VHF) 음성 통신과 1090메가헤르츠(MHz) 이상의 자동감시방송(ADSB)은 이미 공항에서 사용되고 있다. 기존 항공기 외에 다수의 UAM/AAM이 동시에 비행하게 되면 큰 혼란이 초래될 수 있다.따라서 NASA는 UAM/AAM 운영을 지원하기 위해 신뢰할 수 있고 안전한 CNS 서비스를 제공하기 위한 다양한 기술적 접근 방식에 대해 연구를 요구한다. 연구한 결과는 NASA가 활용할 수 있도록 문서로 만들어야 한다.▲ Surveillance Functions for UAM Operation[출처=Reliable, Secure, and Scalable Communications, Navigation, and Surveillance (CNS) Options for Urban Air Mobility (UAM)]우리나라에서는 미국 연방항공청(FAA), NASA의 운영개념서를 기초로 한국형 CNSi체계 구축을 위한 개발을 계획하고 단계적으로 진행 중이다.주무 부처인 국토교통부는 2025년 UAM/AAM 상용서비스를 준비 중이라 실제 적용이 가능한 운영개념서를 완료해야 한다. 세부적으로 정리하면 아래와 같다.먼저 통신은 UAM 운영을 위해 필수적인 통신망과 안정적인 통신 체계 운영을 위해 선택적으로 서비스가 필요한 요구도에 따라 통신 네트워크를 구축해야 한다.시스템은 회랑별, 도심 상황별 설계 기준, 공대지, V2V, 위성통신 등 기존 무선통신과 원활하고 안전한 무선 링크 구축, UAM 안전운항에 관련된 모든 이해당사자 및 지상 기반 CNS 자산을 연결하기 위한 네트워크 구성 등을 포함해야 한다.다음으로 항법은 향후 도심에서 운항이 증가할 경우 기존 항행시설 또는 초기 구축한 항법 서비스 이용이 불가능한 상황에서 대체항법 등에 대한 지속적인 연구가 필요하다.마지막으로 감시는 도심공역에서 UAM 운항 중에 발생할 수 있는 안전 위험 유발 대상의 식별·추적에 대한 연구 개발이 요구된다.전문가들은 국방 UAM/AAM용 CNSi 체계는 도심운항시스템과 다른 수준의 보안을 고려해야 한다고 조언한다. 해킹이나 재밍을 막기 위해 저궤도위성 시스템, 국방 전용 5G,6G 통신망 등이 필요하다. ◇ 자율비행은 3단계로 완성이 가능... UAM/AAM 상용화는 오랜 시간이 소요될 것으로 전망UAM/AAM은 조종사나 승객이 탑승하지 않는 드론(Drone)과 달리 유인으로 운용하기 위해 개발된 기체다. 당연하게 탑승객의 안전에 대한 조치가 중요하다. 자율비행은 3단계에 걸쳐 완성된다.1단계는 조종사가 탑승해 비상상황을 대비하는 방식으로 서비스가 시작될 것으로 전망된다. 안전성에 대한 승객의 우려를 불식시키기 위한 목적이다.2단계는 조종사와 지상 조종을 병행하는 자동운항이 도입된다. 기체에 탑승한 조종사는 비상상황을 제외하곤 운항 개입을 최소화한다.3단계는 조종사가 없이 승객만 탑승하는 완전 자율운항을 완료한다. UAM/AAM을 도입한 후 대규모 운행이 가능해지면 고장, 기상 대응 등에 관한 광범위한 데이타를 확보할 수 있다.자율비행이 100퍼센트(%) 완벽하게 구현되지 않더라도 운항밀도가 높아질수록 비용을 낮출 수 있는 자율비행의 대량 채택이 더욱 가속화될 것으로 전망된다.초기 교통혼장에서 이동 시간을 줄이기 위한 이동부터 시작해서 응급 구난, 관광, 물류 수송 등으로 영역이 확장될 것으로 예상된다. 특히 단순 물류수송과 같은 영역은 안전 이슈가 약해 쉽게 접근이 가능하다.UAM/AAM의 자율비행에 대한 연구는 미국 최대 항공기 제조업체인 보잉(Boeing)과 키티호크(Kitty Hawk)사가 공동 설립한 위스크(Wisk)가 주도하고 있다.▲ 미국 UAM 개발업체인 위스크(Wisk)가 개발한 코라(CORA) 기체 모습 [출처=홈페이지]위스크가 개발한 2인승 eVTOL 항공기 코라(CORA)가 자율비행을 위한 시험 비행을 진행 중이다. 항로에 접근하는 장애물 탐지 및 회피 경로 안내, 버티포트 이착륙 관제에 필요한 위성, 카메라, 안테나, 착륙 정확도 향상을 위한 위치 탐지 시스템 등을 개발하고 있다. .다른 민간기업도 자율비행을 위한 기체 관리 시스템, 지형, 장애물 및 접근 비행하는 다른 항공기 식별 등 핵심기술을 개발하기 위해 노력 중이다.하지만 배터리 용량의 문제, 안전성의 확보, 규제기관의 허가, 버티포트 등 인프라의 구축 지연 등으로 UAM/AAM의 상용화는 오랜 시간이 소요될 것으로 전망된다.군사용 UAM/AAM도 안전성을 확보하지 않으면 투입하기 어렵기 때문에 비슷한 상황이 전개되고 있다. 미국 해병대에서 운용하는 수직이착륙 수송기 MV-22B는 오랜 운항 이력에도 잦은 추락사고로 악명이 높다.- 계속 -

최근 우크라이나에 생포된 북한군 병사가 한국으로 귀순 의사를 표명했다는 소식이 전해졌다. 북한군은 2022년 2월 우크라이나를 침공한 이후 고전을 면치못하는 러시아를 돕기 위해 파병됐다.북한군은 6·25 전쟁 이후 실전에 대한 경험이 전혀 없어 인해전술을 고집하다 막대한 피해를 입었다. 하지만 이번 파병으로 전차에 대한 무용론, 근접 전투의 문제점, 드론(Drone) 전쟁의 대처방안 등을 학습한 것으로 분석된다.러시아 파병 초기 군사용 드론에 익숙하지 않은 북한 병사들이 우왕좌왕(右往左往)하는 상황이 생중계되며 20세기 전투방식을 고집한다는 비판을 받았다. 전기수익이착륙(eVTOL) 드론을 군사용으로 활용하려는 시도를 알아보자.▲ EVTOL requirements on battery specific power and energy[출처=Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft(Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Shanhai Ge, Eric Rountree, and Chao-Yang Wang)]◇ 민간에서 개발된 UAM/AAM을 전면 개조해야 군사용 활용 가능eVTOL은 도심항공교통(UAM)이나 미래항공교통(AAM)의 용도로 개발되고 있다. 대부분 조종사를 포함한 2인승 혹은 4~5인승으로 개발되고 있다.주동력원은 리튬이온배터리(Li-ion battery)이지만 일부 기업은 수소 하이브리드 추진동력을 개발하고 있다. 수소는 친환경 연료이지만 높은 생산 원가, 폭발 위험성 등의 이유로 상용화는 더딘 편이다.2022년 12월 기준 전 세게에서 개발되고 있거나 설계된 UAM/AAM은 700여 종이 넘는다. 도심과 비도심간 운항에 가장 적합한 Vectored Trust형이 절반이 넘는다.Vectored Trust형은 추력 방향을 변화시켜서 진행방향과 자세를 바꾸는 방식이다. 개발이 진행 중이지만 상업생산을 위한 형식인증(TC)을 획득한 회사는 없다.중국의 이항( EHang)은 중국 감항당국으로부터 형식인증을 획득했지만 무인항공기(UAS)로 받았다. 유인항공기로 인증을 받아야 UAM/AAM 용도로 활용할 수 있다.현재 개발 중인 UAM/AAM을 군사용으로 전환하기 위해서는 개량이 필요하다. 군 병력을 운송하고 무기 이동, 공격용 무기 탑재 등이 병행돼야 하기 때문이다.드론 전문가들은 민간에서 개발된 UAM/AAM의 전면 설계 변경을 통해 새로운 군사용 UAM/AAM을 개발하는 것이 바람직하다고 권고한다. ◇ 전투 현장에 배치하려면 배터리 용량 및 충전 인프라 구축 선행돼야현재 군대에서 병력이나 무기의 운송용으로 늘리 활용되는 것은 헬리콥터다. 제2차 세계 대전 이후 군사용으로 도입된 헬리콥터는 베트남 전쟁을 거치며 군사작전의 핵심 전력으로 부상했다.헬리콥터는 수직이착륙과 호버링(hovering)이 가능할 뿐 아니라 대규모 고정익 수송기에 비해 운용비용이 저렴하다. 그럼에도 조종사의 필요성, 큰 소음, 기동성 등으로 대체 수단에 대한 수요가 제기되고 있다.현재 개발 중인 eVTOL UAM/AAM은 화물 탑재 중량, 비행 거리 등에서 헬리콥터에 비해 상대적으로 성능이 떨어진다.2023년 7월 미 RAND 연구소에 따르면 최신 기술로 개발된 eVTOL UAM/AAM은 탑습 인원 3~5명 혹은 약 1 톤(t)의 화물을 싣고 1시간에 약 150마일을 비행 할 수 있다.짧은 시간에 수직 이착륙이 가능하지만 헬리콥터에 비해 효율성을 낮다. 군사용 eVTOL UAM/AAM을 개발할 때 고려해야 할 요소가 적지 않은 이유다.특히 eVTOL UAM/AAM은 호버링 시 배터리 소모가 심해 작전 투입에 한계로 작용한다. 민수용 eVTOL UAM/AAM은 충전 시스템을 갖춘 버티포트(Vertiport)로 배터리 문제를 극복한다.하지만 군사용 eVTOL UAM/AAM은 버티포트가 없는 야전에서 활용해야 하므로 어려움이 예상된다. Xiao-Guang Yange 등은 전기자동차(EV)와eVTOL을 비교해 배터리 특정 전력 및 요구사항을 분석했다.▲ Battery requirements for eVTOLs versus for EVs[출처=Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft(Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Shanhai Ge, Eric Rountree, and Chao-Yang Wang)]항공기 추진용 배터리를 연구한 결과로 특정 에너지와 전력, 충전속도, 수명 싸이클, 항공기 비행안전을 위한 요구 사항 충족 등을 주요 과제로 제시했다.배터리 한계를 극복하기 위해 기체의 중량 감소를 위한 경량화, 소형화가 필요하다고 주장했다. 군사용 eVTOL UAM/AAM은 작전 환경이 일반 상업용에 비해 충전 인프라가 갖춰지지 않은 상황 아래 비행을 해야 한다.유럽연합(EU)은 탄소제로를 달성하기 위해 전기자동차(EV) 보급을 확대하고 있지만 배터리의 용량 한계, 폭발 위험성, 과다한 충전시간 등 해결해야 할 과제가 산적한 실정이다.군사용 eVTOL UAM/AAM을 실전에 배치하려면 기체의 안정성 뿐 아니라 배터리의 각종 난제를 극복해야 한다. 현재 기술력을 고려한다면 군사용 eVTOL UAM/AAM을 전투 현장에 배치하려면 최소 10년 이상이 필요할 것으로 판단된다.  - 계속 -

▲ LIG넥스원 드론[출처=홈페이지]2022년 2월24일 중국 제24회 베이징 동계올림픽이 끝나자마자 시작된 러시아의 우크라이나 침공 전쟁은 3년째 진행 중이다. 기존 전쟁과 큰 차이점은 드론의 활용이 두드러지고 있다는 것이다.테러 소탕이나 소규모 전쟁에서 반군을 상대하는 기존 전쟁과 달리 대규모 국가 간 전쟁에서도 드론은 정찰, 자폭, 통신 등 다양한 기능을 수행하여 전쟁의 핵심으로 부상하고 있다.드론은 보통 무인기(UAV) 전체를 통칭하는 용어로 널리 사용되고 있다. 멀티콥터는 프로펠러 숫자에 따른 분류 개념에 의한 용어다. 드론은 모터, 프로펠러, 배터리를 포함하는 동력 계통과, 비행제어유닛, 항법시스템, 통신시스템을 포함하는 제어 계통과, 주 동체, 랜딩 기어를 포함하는 동체 계통으로 구성된다. 특히 무선을 통한 조정을 위해 원격조정 트랜스미터와 리시버가 필요하다.드론은 드론 자체의 자세 제어와 비행 제어를 담당하는 자율 비행용 온보드 소프트웨어, 비행 미션 계획을 수립하고 실제 비행하는 것을 모니터링하고 기록하는 소프트웨어가 요구된다. 이를 통해 드론은 자율비행과 장애물 회피 비행을 실현할 수 있다.드론의 자세 제어는 3축 자이로, 3축 가속도, 3축 방향의 각센서를 포함하는 자세측정장치(AHRS)에 의해 이루어지며, 기압계, GPS 수신기 및 전방, 후방, 하방의 카메라 설치를 통해 접근 감지 및 충돌 방지가 수행된다.시상 장애물 뿐 아니라 공중에서 다른 비행체와 충돌 방지 기능을 향상시키기 위해 라이다(Lidar), 5G 네트워크, 대상물 인식용 인공지능 등에 대한 연구와 활용이 가속화되고 있다.미국연방공항청(FAA)에 따르면 쿼드콥터가 24시간 동안 70데시벨(dB)을 초과하는 소음을 만들어내서는 안된다고 규정할 정도로 드론은 소음 문제에 민감하다. 소음을 줄이기 위해 프로펠러 끝단에 둥근 막 형태인 슈라우드(Shroud)를 설치하는 방법이 제안되고 있다.슈라우드는 날개 끝단의 와류를 줄여 소음을 줄이고 프로펠러의 효율도 높여주며, 프로펠러의 날개를 충격에서 보호한다.다만 드론이 좌우로 수평 비행하거나 전진 비행을 시도할 때 슈라우드로 더 큰 항력이 발생해서 비행 속도를 저하시킬 수 있는 단점도 있다.또한 날개의 끝단을 변형한 저소음 프로펠러를 사용하는 방안도 제시되고 있다.  날개 끝단이 회전 반대 방향으로 구부러져 있는 저소음 프로펠러는 일반 프로펠러보다 더 얇고 더 길다.다만 저소음 프로펠러는 일반 프로펠러보다 더 쉽게 부러질 수 있고 슈라우드 프로펠러보다 효율이 떨어지는 단점이 있다.배터리는 현재 리튬이온 전지가 사용되고 있으며 양극과 음극 사이를 리튬이온이 이동하면서 충전과 방전을 하는 이차전지다. 리튬 폴리머 전지는 전해질로 겔 상태의 폴리머(고분자)를 이용하는 리튬이온 전지의 일종이다.차세대 전지로는 내구성 향상과 대형화의 성과가 도출된 리튬 유황 전지가 있으며 양극에 유황, 음극에 리튬 금속 화합물을 사용하여 리튬이온 전지보다 4배 이상의 에너지 밀도를 갖는다.향후에는 고체의 전해질을 사용하는 전고체 전지, 나트륨이온 전지 등이 기대되고 있다. 배터리 열폭주 문제를 완화할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.드론은 군사용 무기에서부터 건설, 에너지, 물류, 재난구조, 교통 관측, 과학연구, 농업, 환경오염 제거, 촬영, 취재, 취미 등 각종 분야로 활동 영역이 사실상 무한대로 넓어졌다.농업 분야에서는 드론 기체에 관해 거의 확립되어 있으며, 농업용으로 커스터마이즈된 드론도 많이 존재하고 있다. 다만 스마트 농업에서 정보 수집을 위해 보다 전문적인 센서를 필요로 한다.이에 따라 새로운 센서에 의한 새로운 해석 소프트웨어의 요구가 증가하고 있다. 측량·점검 건설 분야에서는 기존의 드론 기체만으로도 거의 조건을 만족시키고 있다.하지만 라이다(Lidar)나 밀리파 레이더 등의 센서는 기술 발전에 따라 새로운 소프트웨어 알고리즘이나 빅데이터의 후처리 소프트웨어에 대한 요구 성능이 높아지고 있다. 특히 중량, 용적, 가격 등에 대한 개선이 필요하다.​재해 대응의 수색과 구조 분야는 보다 특수한 기체가 필요하다. 바람이나 기온 등의 날씨 환경에 상관없이 원활한 동작을 위해 보다 튼튼하고 안정된 배터리와 같은 높은 환경 적응성을 필요로 한다. 드론 기체에 대해 보다 안전하고 내구성 있는 기체로 개선할 필요가 있다.보다 긴 비행, 보다 많은 적재량, 화물의 탑재와 릴리스의 구조 등에 대한 개선이 필요하다. 또한 완전자율항법에 대해서도 원거리 이미지 전송 통신 및 다수 기체의 비행을 위한 안전 운항 관리시스템 등의 사회 기반이 요구된다.​물류 업무에 투입되는 드론에 관해서는 드론 기체의 신뢰성·내구성·안전성에 관해 증명이 가능한 수준으로 품질 보증이 요구된다.이에 따라 하드웨어의 개선에서부터 장애물 회피를 하는 완전 자율 비행이 가능한 센싱, 비행 중에 인공지능을 이용한 고장 해석이나 위험 해석이 가능한 대뇌형 드론의 등장이 기대되고 있다.승객 드론 분야에서는 도심항공교통(UAM)이 대두되고 있으며 국내에서도 국토교통부가 2025년 상용화를 천명하고 있다. 기체의 안전성과 신뢰성에 관련된 연구개발(R&D)가 더욱 더 요구되고 있다.특히 전기차의 배터리 열폭주 문제가 발생하고 있음에도 그 원인을 명확히 파악하지 못하고 있는 현실을 고려해볼 때 도심항공교통의 2025년 상용화는 불가능할 것으로 예상된다.미항공우주국(NASA)에서는 2030년대 중반은 되어야 UAM의 상용화가 가능할 것으로 예상하고 있다. 우리나라 국토교통부가 2025년 상용화 목표를 수립했지만 달성 가능성은 낮다.군사용 드론 분야에서는 기존 고가형 대형 드론이나 단순 정찰 감시 수준에서 벗어나 직접 폭탄을 싣고 타겟을 폭파하는 저가형 공격용 드론 뿐 아니라 로켓 엔진을 구비하여 장거리 타격이 가능한 미사일형 자폭 드론까지 개발되고 있다.국내 대표적인 드론 제조업체로는 LIG넥스원, 대한항공, 성우엔지니어링, 두산모빌리티이노베이션, 제이씨현시스템, 한화에어로스페이스 등이 있다.해외 드론 제조업체로는 중국 DJI, 중국 XAG, 미국 Skydio, 미국 Insitu, 미국 Edge Autonomy, 프랑스 Parrot, 오스트리아 Schiebel, 독일 Quantum Systems 등이 있다.현재 글로벌 군용 드론 시장은 미국의 주도하고 있지만 민수용 드론은 중국이 선두권에 위치해 있다. 우리나라는 아직 군사용 및 민수용 드론시장에서 두각을 나타내지 못하고 있는 실정이다.국토교통부가 2015년 이후 다양한 프로젝트를 추진하고 있지만 괄목할만한 성과는 없다. 지방자치단체마다 드론 클러스터나 실증센터 등을 구축하고 있지만 활성화되지 않고 있다. ▲ 김봉석 기자[출처=iNIS]

지난 4월 29일부터 5월 1일까지 부산 벡스코에서는 '드론쇼 코리아((Drone Show Korea 2021)' 전시회가 개최됐다.  옥스드론은 전시회 현장에 기자들을 파견해 참여한 기업들을 취재했다. 국내 드론 산업의 발전과 기술력을 소개하는 것이 글로벌 드론 종합지를 지향하는 목표와 부합하기 때문이다.   (주)넥스앤텍, (주)ASOA, 순돌이드론, 성우엔지니어링, (주)만물공작소, 디브레인, (주)씨너렉스, (주)시스테크, (주)코코드론, (주)스카이뷰, UMAC Air, (주)무지개연구소, 지오소나(주), 두산모빌리티이노베이션, 이노뎁(주), 유콘시스템(주), (주)이스턴스카이, (주)드론월드, BSTARCOM, (주)올포랜드 등 20개 업체를 소개했다.   다음으로 해양드론기술, (주)케이씨에스, (주)엠지아이티, (주)유시스, 엔젤스윙, (주)케이프로시스템, (주)공간정보, (주)헬셀, (주)하이텍알씨디코리아, (주)다온아이앤씨, (주)아르고스다인, (주)소끼아코리아, 우림텍, 요요인터랙티브, 라이카 지오시스템즈 코리아, ㈜엑스퍼넷, 태경전자(주), 한국무인이동체연구조합, 베이리스(BEYLESS), 에이디시스템 등이다.그리고 (주)지오시스템, (주)인투스카이, 토탈측기솔루션, (주)웨이브랩스에 이어 소개하고자 하는 기관은 한국전기연구원(KER, 이하 KERI)이다.KERI는 지난 1976년 설립해 전력사업, 전기공업, 전기이용 분야의 연구개발 및 시험 등을 하고 있는 과학기술정보통신부 산하 정부출연 연구기관이다.다양한 전기 분야 연구개발(R&D)업무를 수행하고 있으며 주로 전력망 및 신재생에너지, 전력기기, 전력반도체 및 초전도 기술, 로봇 및 전동기 제어기술, 전기추진 기술, 배터리 및 나노 등 전기 재료 기술, 전기 의료기기 등의 분야를 연구하고 있다.주요 연구 분야는 전력망, 전력기기, 전기응용, 전기재료, 전기 의료기기, 스마트 그리드 등이다. 전력망 연구 분야는 차세대전력망, 전기환경, 전력 ICT, 전력정책 및 재난 연구이다.차세대 전력망은 차세대 전력계통운영시스템(EMS) 기술과 에너지저장시스템 응용, 실시간 전력계통 보호제어 기술을 연구한다. 전기환경 연구는 마이크로파 무선전력전송기술, 고출력 마이크로파 기술과 연관돼 있다. 전력기기 연구 분야는 신전력기기, 전력반도체, 초전도 분야, 전기응용 분야는 전기물리, 전동력, 시스템제어, 정밀 제어, 인공지능 분야를 각각 연구한다.전동력 연구센터에서는 최저효율제 적용 3상 고효율 유도전동기, 국방 및 산업용 고속전동기/발전기 시스템, 로봇 및 EV용 고출력 전동기 및 구동시스템, 자기부상식 청정이송 시스템, 대용량 발전기 및 구동 시스템 등을 개발하고 있다.특히 지난해 10월 전동력연구센터 이지영 박사팀이 '드론용 발전기 및 전동기 기술'을 국내 최초로 개발했다. 연구팀이 개발한 발전기와 전동기 기술은 비출력과 온도 안정성이 매우 높은 것으로 평가 받았다.♦ 하이브리드 전기추진 무인항공기 내부 구조(출처 : 2020년 10월 27일자 보도자료)기존 순수 전기 추진 무인항공기의 30분내 비행시간을 2시간으로 확대가 가능하기 때문이다. 발전기는 5kW의 출력을 낼 정도로 우수한 편이다.연구팀이 개발한 발전기와 전동기는 엔진과 배터리, 프로펠러를 연결하는 핵심 부품으로 하이브리드 전기추진 시스템에 적용된다. 장거리 드론 택배, 섬이나 험난한 지역, 산 정상 등에 물품 배송이 가능해졌다.♦ 축방향 자속 영구자석 발전기 및 전동기(출처 : 2020년 10월 27일자 보도자료)저소음, 안정성, 고비출력 성능으로 드론 택배, 농업 분야 등에 적용해 나갈 예정이다. 향후 100kW급 발전기를 개발해 플라잉카 시대를 대비해 나간다는 구상이다.

중국의 드론배터리 충전시스템 개발업체 헤이샤 테크(Heisha Tech)에 따르면 드론제조업체 DJI와 Autel의 드론을 모두 충전할 수 있는 박스 스테이지를 개발했다.박스 스테이지는 ‘드론 인 어 박스(Drone-in-a-Box)’라고 불리는 상자 보관형 드론 충전소다. 제품명은 ‘HEISHA DNEST’로 드론을 안전하게 보관하고 자유롭게 충전할 수 있다.최신 모델은 3S 또는 4S 배터리 모두 충전이 가능하도록 호환성을 개선했다. 또한 DJI의 매빅 시리즈와 Autel의 EVO 시리즈를 번갈아가며 충전할 수 있도록 지원한다.양사 드론에 내장돼 있는 각종 애플리케이션까지 호환이 가능해 별도의 소프트웨어 설치가 필요 없다. 헤이샤 테크는 “서로 다른 제조사의 드론이 동일한 충천 플랫폼을 공유하는 것은 혁신이다”라고 강조했다.박스 스테이지를 스마트폰으로 빗대어 표현하면 무선 충전기와 같다. 충전잭을 꼽지 않기 때문에 전원 단자의 호환성을 고려할 필요가 없다. 단, 배터리 용량에 맞는 전압 설정은 필요하다.헤이샤 테크의 향후 목표는 자사의 충전 플랫폼에 호환 가능한 드론 브랜드를 더 확장하는 것이다. 충전을 위해 드론이 박스에 정확하게 착륙하도록 하는 정밀 시스템도 개발하고 있다.▲헤이샤 테크의 드론 인 어 박스 HEISHA DNEST(출처 : 홈페이지)

미국 시장조사업체 M&M(Markets and Markets)에 따르면 2021년~2026년 전세계 드론 배터리 시장이 연평균 19%씩 성장할 것으로 전망된다.이 같은 전망은 지속적인 드론 기술의 발전과 시장 수요가 증가할 것이라는 기존의 보고서와 맥을 같이 한다.M&M 시장분석가들은 2021년 글로벌 드론 배터리 시장 규모를 US$ 40억달러, 2026년에는 96억달러까지 확대될 것으로 추산했다.드론 배터리 시장을 기술 측면으로 보면 리튬 전지, 니켈 전지, 연료 전지로 분류할 수 있다. 특히 리튬 배터리 시장이 성장을 주도할 것으로 예상된다.리튬 전지 분야의 주요 기술은 리튬금속과 리튬황이다. 리튬금속은 배터리가 부푸는 현상을 해결하고 수명을 연장하는 쪽으로, 리튬황은 가성비에 맞춘 용량 확대로 연구가 각각 진행 중이다.소프트웨어 측면으로는 배터리 관리 시스템(BMS)이 높은 수요를 보일 것으로 전망된다. 전류, 전압, 온도, 충전 상태 등 관리 분야의 필요성이 부각되고 있기 때문이다.추후 드론 배터리 시장은 군사용, 상업용, 산업용, 민수용 등 각종 용도와 크기에 따라 더욱 세분화된 형태로 개발될 것으로 전망된다.▲드론 배터리의 부품 구성 이미지(출처 : GREPOW 홈페이지) 

뉴질랜드 비영리단체 MĀUI63에 따르면 멸종위기에 처한 마우이 돌고래(Māui dolphin)의 지속적인 관리를 위해 해상 드론이 투입됐다.서부 해안에서 확인된 마우이 돌고래는 63마리에 불과했다. 멸종을 막기위해 정부, 세계자연기금, 어업계, 과학자들이 모여 개체수 관리를 위한 드론을 개발하기 위해 기금을 마련했다.결국 MĀUI63의 주축으로 드론이 개발됐고 올해 1월부터 시험 운행 중이다. 드론은 개체 식별 정확도 90%를 자랑하는 인공지능(AI) 소프트웨어가 내장됐다.또한 최신 드론에는 고도 393피트에서도 촬영이 가능한 50배 광학줌 카메라, 6시간 이상 운행할 수 있는 배터리가 탑재됐다.보트나 헬리콥터를 투입해 돌고래의 서식지나 이동 방향, 개체수를 확인하는 것보다 드론을 활용했을 때 인력과 비용, 시간적인 측면에서 더욱 효율적이었다.특히 광범위한 데이터를 실시간으로 수집할 수 있고 기존의 야생동물 관리 방식보다 악천후 대비 인명 사고율이 제로에 가깝다는 점이 주목을 받고 있다.개발에 동참했던 전문가들은 추후 드론에 탑재된 인공지능의 개체 식별도를 좀더 보완해 더욱 정확한 데이터를 확보할 계획이다.▲멸종위기 마우이 돌고래를 탐지하고 있는 드론 AI 분석 과정(출처 : M?UI63 홈페이지)

스위스 레이크다이아몬드(LakeDiamond)에 따르면 향후 드론이 배터리 없이 인공 다이아몬드와 레이저 무선 급전 기술을 이용해 비행할 수 있는 기술을 개발 중이다. 스위스 취리히연방공과대(ETH Zurich)에서 분사한 기업이다.레이크다이아몬드사는 레이저 광선을 질을 떨어뜨리지 않고 기존 대비 훨씬 멀리 보낼 수 있는 인공 다이아몬드를 개발했다. 탄소원자를 적층시켜 만들었기 때문에 천연다이아몬드보다 불순물이 적다.또한 다이아몬드의 표면에 형성된 격자 모양이 광선의 직경을 결정하는 거울 역할을 담당한다. 작고 매끈한 직사각형의 다이아몬드를 레이저 조사구에 설치하면 저출력 레이저 다이오드가 균일하고 평행한 복수의 광선을 갖는 레이저 빔으로 변환돼 수백 미터까지 도달하게 된다.다이아몬드는 우수한 열전도체로 빛도 투과하기 때문에 열을 많이 발생시키는 고밀도 레이저 광선을 방출해 많은 에너지를 전달할 수 있다.따라서 다이아몬드로 강화시킨 전원 네트워크를 지상에 배치하면 드론의 장거리 비행이 가능하고 대형 배터리를 탑재하지 않아도 되기 때문에 동력 소모가 줄어든다.현재 레이크다이아몬드가 개발한 테스트 시스템은 직경 1.55 마이크로미터의 레이저광으로 4와트의 전력 전송이 가능하다. 최대 10m 떨어진 손바닥 크기의 드론은 무제한으로 전력을 공급 받을 수 있다.향후 2~3년내 최대 100m 떨어진 곳을 비행하는 드론에 100와트 전력을 공급할 수 있는 시스템이 개발될 것으로 전망된다. 다만 레이저 광을 에너지로 바꾸는 광전지가 1평방미터당 200와트로 제한돼 있다.따라서 드론이 효율적으로 비행하기 위해서는 적정한 크기에도 충분한 발전이 가능한 광전지 개발이 선행돼야 할 것으로 판단된다.▲ LakeDiamond▲ 레이크다이아몬드(LakeDiamond) 로고

전자기기업체 히타치맥셀(日立マクセル), 2016년 4월 소형무인항공기 '드론' 전용의 리튬이온배터리 개발...충격 내성을 높여 안정성을 확보해 촬영 및 측량에 사용하는 중형 드론에 탑재 전망

일본 KDDI, 무인항공기(드론)을 활용한 E-메일 전송 실험... 지진 등 지상재해 영향을 받지 않고 전송 가능·배터리 확보 및 안정성 문제가 현장 투입 걸림돌